Петрук на початку 2000-х був помічником віце-прем’єр-міністра та першого заступника секретаря РНБО. Протягом двох років працював на керівних посадах у НАК «Енергетична компанія України». З 2006 по 2010 роки обіймав посаду начальника управління експертизи та аналізу розвитку техногенної, екологічної, ядерної безпеки та природокористування секретаріату Кабміну. З 2011 по 2015 роки обіймав керівні посади в Державному управлінні справами.

З 2015 по 2019 роки очолював Державне агентство України з управління зоною відчуження, де потрапив у декілька корупційних скандалів та звільнився. Потім Петрук без досвіду роботи в морській сфері став заступником голови з економіки у ДП  «АМПУ». У березні 2023 року його призначили держсекретарем.

Його дружина Вікторія Петрук у вересні 2022 року отримала квартиру у Києві  (54,4 кв. м) вартістю 2,98 млн гривень.

“Антикорупційна правда”

Сообщение Дружина держсекретаря Мінекономіки Віталія Петрука під час війни отримала квартиру за 3 млн гривень появились сначала на Антикорупційна правда.